【正文】 比熱大、熱傳 導(dǎo)率低，熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑料則不利于高速成型，必須選用適當(dāng)?shù)淖⑺軝C(jī)及加 強(qiáng)模具冷卻。 各種塑料按其種類特性及塑件形狀，要求必須保持適當(dāng)?shù)睦鋮s速度。所以模具 必須按成型要求設(shè)置加熱和冷卻系統(tǒng)，以保持一定模溫。當(dāng)料溫使模溫升高時應(yīng)予冷卻， 以防止塑件脫模后變形，縮短成型周期，降低結(jié)晶度。當(dāng)塑料余熱不足以使模具保持一定 溫度時，則模具應(yīng)設(shè)有加熱系統(tǒng)，使模具保持在一定溫度，以控制冷卻速度，保證流動性 ， 改善填充條件或用以控制塑件使其緩慢冷卻，防止厚壁塑件內(nèi)外冷卻不勻及提高結(jié)晶度等。 對流動性好，成型面積大、料溫不勻的則按塑件成型情況有時需加熱或冷卻交替使用或局 部加熱與冷卻并用。為此模具應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的冷卻或加熱系統(tǒng)。各種塑料成型時要求的模溫 及熱性能見表 14 及表 15。 吸濕性 塑料中因有各種添加劑，使其對水分有不同的親疏程度，所以塑料大致可分為 吸濕、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的兩種，料中含水量必須控制在允許范圍內(nèi)，不 然在高溫、高壓下水分變成氣體或發(fā)生水解作用，使樹脂起泡、流動性 下降、外觀及力學(xué) 性能不良。所以吸濕性塑料必須按要求采用適當(dāng)?shù)募訜岱椒耙?guī)范進(jìn)行預(yù)熱，在使用時還 需用紅外線輻照以防止再吸濕。 塑料一般選材 設(shè)計者繪出零件圖后，要對零部件列出使用條件和重要選材因素、然后合理地選材。括以下三個步驟： (1)跟據(jù)應(yīng)用目的，列出部件的全部功能要求 (并不是材料的性能 )，并盡可能定量化。例如： ① 在額定的連續(xù)載荷下允許的最大變形量； ② 使用和運(yùn)輸過程中所受的應(yīng)力種類和大小；是否長期受力，是動態(tài)或是靜態(tài)應(yīng)力； ③ 最高工作溫度； ④ 在工作溫度下允許的尺寸變化； ⑤ 零部件允許的尺寸公差； ⑥ 零部件的使用性能要求； ⑦ 部件是否要求著色、粘接、電鍍等； ⑧ 要求貯存期多長，是否在戶外使用； ⑨ 有無耐燃性要求，等等。 (2)根據(jù)部件的功能要求，考慮使用性能數(shù)值 (工程性能 )和設(shè)計數(shù)據(jù)，提出目標(biāo)材料 (部件材料 )的性能數(shù)值，并通過這些性能要求來選定材料，即使這些性能估計是粗略的，也會大大方便候選材料的篩選，為最終材料的選定提供有益的依據(jù)。 選擇恰當(dāng)材料性能是很關(guān)鍵而又復(fù)雜的，因為零部件的某 一功能常常包含幾種性能，例如在尺寸穩(wěn)定性的要求中除尺寸精度外，還要考慮線脹系數(shù)、模塑收縮率、吸水性、蠕變性等等。零件的強(qiáng)度和剛度，除了從材料性能上考慮以外，還要從制品結(jié)構(gòu)設(shè)計上 (如厚度和加強(qiáng)筋等 )加以考慮。材料的成型工藝性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等也都是選材時應(yīng)考慮的因素。有時候，某些使用要求不一定能明確對材料性能的定量要求，如電鍍性往往要通過實際試驗或已有的經(jīng)驗來篩選。又如塑料炮彈彈帶，要求材料經(jīng)受高速沖擊、壓縮、扭擰、剪切等復(fù)雜的外力作用和高速高溫高壓氣流的影響，很難直接提出材料的定量性能要求，因此，除了通過力 學(xué)計算外，還可通過模擬試驗和探索試驗來推算受力情況，提出粗略的性能要求。 (3)最后通過部件工程性能要求與材料性能的比較來確定候選材料。 塑料選材的一般程序 塑料也像金屬一樣，種類繁多，雖然已工業(yè)化的主要類別只有五十多種，但每類又有許多品級。如尼龍塑料則包括尼龍 尼龍 尼龍 尼龍 4尼龍 6尼龍 尼龍 尼龍 尼龍 6尼龍 10尼龍 1尼龍 1尼龍 1尼龍 612，尼龍 9T，尼龍 13， MC 尼龍，尼龍 MXD6 尼龍等品種。每一品種還可以通過改性，例如加 入填料或增強(qiáng)材料和其它輔助材料，或通過共混制成 合金；或通過加工工藝如定向拉伸、結(jié)晶、發(fā)泡等來獲得新的性能，以滿足使用要求。 塑料的品種既然是如此繁多，它們的性能又具可變性，因此，塑料應(yīng)用的選材常常要從塑料中許多性能的綜合平衡來考慮 (包括工藝與成本 )，而且某些性能數(shù)據(jù)如磨損性、沖擊性尚不能完全預(yù)測其使用性，有時又缺乏準(zhǔn)確可靠的設(shè)計公式，因此，大多數(shù)塑料的選材過程是比較復(fù)雜的。為了能選擇出性能和加工工藝均符合使用要求的、又盡量能恰如其分地量材使用的品種就要求采用系統(tǒng)、綜合的分析方法來選材。 一個 完整的設(shè)計過程，應(yīng)從構(gòu)思、草圖開始。選材在設(shè)計過程中是個關(guān)鍵步驟，對于指定部件的選材，最主要的是考慮部件的功能和決定部件功能的有關(guān)材料性能，同時還要考慮諸如部件的特點和禁忌、使用時的外界條件、臨界條件、使用壽命和使用方式、維修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工藝、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)速度、成本、原料來源和經(jīng)濟(jì)效益等等。這些因素包括兩方面，一方面是使用環(huán)境介質(zhì)和環(huán)境條件，如構(gòu)件承受的負(fù)荷和自重，沖擊和振動等機(jī)械作用的影響；接觸的氣體、液體、固體及化學(xué)藥品；曝露的大氣環(huán)境 (氣溫、濕度、降雨、陽光、冰雪以及有害氣體 等 )的影響；貯存環(huán)境條件和長期貯存的的影響；此外，除靜態(tài)破壞影響外，還要考慮摩擦升溫、蠕變、成型收縮等引起的變形、應(yīng)力松弛以及反復(fù)應(yīng)變而引起的疲勞，高應(yīng)變率引起的力學(xué)性能變化等等。另一方面是搬運(yùn)、勤務(wù)處理或操作時，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影響。充分考慮這些因素才能明確所要求的綜合性能。 了解生產(chǎn)數(shù)量是為了從經(jīng)濟(jì)上考慮恰當(dāng)?shù)某尚图庸し椒ā１热缢钄?shù)量是幾個至幾十個，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要數(shù)量是幾百個左右時，可酌情采用簡易模具或樹脂 金屬模、低熔點合金模等；當(dāng)需 要量更多時則應(yīng)采用正規(guī)的模具成型。比如，設(shè)計的部件要急于使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設(shè)計宇航零件，則性能因素是最重要的；如設(shè)計通用產(chǎn)品，則應(yīng)綜合考慮性能和成本。下面列舉一個典型的選材程序： (1)零部件的構(gòu)思：進(jìn)行初步的功能設(shè)計，即部件的形狀及其功能元件的形狀，并考慮選擇基本加工方法。 (2)選材：根據(jù)在應(yīng)力下與使用性能相關(guān)的塑料的工程性能和加工性來篩選候選材料，這些應(yīng)力是部件工作時施加在制品上的。 (3)初步分析設(shè)計：利用工程設(shè)計性能計算壁厚和零件的其它尺寸。并根據(jù)塑料的特點 進(jìn)行制品設(shè)計和模具設(shè)計。 (4)試制樣品：在部件實際使用條件下或模擬零部件的使用條件下進(jìn)行考驗、考核。 (5)重新設(shè)計和重新試驗：當(dāng)發(fā)現(xiàn)性能不能滿足使用要求時，要重新篩選材料或重新設(shè)計并試驗。 (6)根據(jù)試制樣品的試驗情況和加工零部件的成本，確定最終設(shè)計和選材。 (7)確定材料的技術(shù)規(guī)格和檢驗方法。 有時上列步驟可以縮短，尤其是在零部件要求簡單，或新零件與舊零件的差別很小的時候。然而，有時選材步驟更為復(fù)雜，特別是在開發(fā)新應(yīng)用時，或在塑料所承受的應(yīng)力很復(fù)雜的情況下，系統(tǒng)、 綜合的分析法不僅是可靠的成功辦法，而且是節(jié)省開發(fā)費用的途徑。 塑料選材的途徑 著手選材，可以先進(jìn)行初選，然后綜合評價后進(jìn)行試驗。初選可通過兩個途徑，一是根據(jù)制品用途選材；二是根據(jù)制品要求性能選材（利用材料性能表和性能等級分類等）；同時還要考慮經(jīng)濟(jì)成本和安全衛(wèi)生等因素。 下面就以一些已工業(yè)化的塑料為對象，列舉幾種簡易的選材方法。 根據(jù)用途選材 用途主要是指制品應(yīng)用域的歸類，此外還包括制品的使用環(huán)境、受力類型和作用方式、使用對象等等要素。 (1)使用環(huán)境 所謂使用環(huán)境是指材料或制品使用時經(jīng)受周圍環(huán)境的溫度、濕度、介質(zhì)等，特別是溫度和濕度的條件。根據(jù)用途的不同，溫度條件可由南北極的低溫到赤道或沙漠地區(qū)的炎熱氣溫，或者是宇航環(huán)境的高低溫，甚至在火災(zāi)時的高溫等；濕度條件從在水中長期或間歇浸泡與露天雨淋到冬天的干燥狀態(tài) (30％ RH)；有的制品是在特殊氣體中使用或者用于接觸化學(xué)液體或溶液的場合；此外，自然曝露狀態(tài)下除了風(fēng)、雨、霧等影響外還受太陽光的曝曬等等。因此，必須考慮待用塑料對使用環(huán)境的適應(yīng)能力。 (2)制品的受力類型和作用方式 根據(jù)制 品的受力類型和受力狀態(tài)及其對材料產(chǎn)生的應(yīng)變來篩選能滿足使用要求的材料是很必要的。也就是說，要考慮上述各種環(huán)境下的外力作用是拉伸、壓縮、彎曲、扭曲、剪切、沖擊或摩擦，或是幾種力的組合作用。此外，還要考慮外力的作用方式是快速的 (短暫 )或是恒應(yīng)力或恒應(yīng)變的，是反復(fù)應(yīng)力還是漸增應(yīng)力等等。 用于沖擊負(fù)荷場合的制品，應(yīng)選擇沖擊強(qiáng)度高的；用于恒定應(yīng)力的場合而且必須防止變形時，應(yīng)選擇蠕變小的材料；用于反應(yīng)力作用的場合應(yīng)選擇疲勞強(qiáng)度比較高的材料； (3)使用對象 使用對象是指使用塑料制品的國別、 地區(qū)、民族和具體使用者的范圍。例如。國家不同，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格也不同。如美國的電氣部件用的塑料，為保證其對熱和電氣的安全性，要求必須符合 UL 規(guī)格。另外，對色彩和圖案及形狀的要求也會因國家、民族的習(xí)慣和愛好而不同，應(yīng)選擇合適的色彩和形狀。使用者不同，如兒童、老年、婦女用品也各有不同的要求在工業(yè)上使用也要考慮使用對象，而選擇不同的材料。 (4)按用途進(jìn)行分類。 按用途分類的方法有多種，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分類。如汽車運(yùn)輸工業(yè)用的，家用電氣設(shè)備用的，機(jī)械工業(yè)用的，建筑材料用的，宇航和航空用的 …… 等等；有的， 按應(yīng)用功能分類。如結(jié)構(gòu)材料 (外殼、容器等 )，低摩擦擦材料 (軸承、滑桿、閥襯等 )，受力機(jī)械零件材料。耐熱、耐腐蝕材料 (化工設(shè)備、耐熱設(shè)備和火箭導(dǎo)彈用材料 )，電絕緣材料 (電氣結(jié)構(gòu)制品 )、透光材料 …… 。表中列出一些機(jī)械部件采用工程盟梔料的情況。當(dāng)有幾種材料同屬一類用途時，應(yīng)根據(jù)其使用特點和材料性能進(jìn)一步比較和篩選。最好選擇 23 種進(jìn)行試驗比較。比如說外殼這類用途就包括動態(tài)外殼，靜態(tài)外殼，絕緣外殼等，因此要求使用不同特性的塑料。動態(tài)外殼是經(jīng)常受到劇烈震動或輕微撞擊的容器，要求材料除有剛性和尺寸穩(wěn)定性外，還要有較好的 沖擊強(qiáng)度。在室內(nèi)應(yīng)用時可采用 ABS 塑料，在戶外使用的應(yīng)考慮耐老化性能好的材料。如 AAS(丙烯睛 丙烯酸酯 苯乙烯共聚物 )或 MAAS，或用酚醛、環(huán)氧或聚的玻璃鋼等。靜態(tài)外殼是用在不活動或少活動的部位，如儀表殼、收音機(jī)和電視機(jī)外殼等。要求形狀和尺寸穩(wěn)定、美觀，一般可采用高沖擊強(qiáng)度聚苯乙烯、 ABS、聚丙烯等；如要求透明則可采用乙酸丁酸纖維素、聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯。至于絕緣外殼，除要求絕緣外，有的還要求有高的機(jī)械強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，如電動機(jī)罩、電動機(jī)械外殼等，則可采用玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯，玻璃纖維增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁 二酯(PBTP)或熱固性樹脂的玻璃鋼等。 熱塑性塑料的成型 熱塑性塑料品種每繁多，即使同一品種也由于樹脂分子及附加物配比不同而使其使 用及工藝特性也有所不同。另外，為了改變原有品種的特性，常用共聚、交聯(lián)等各種化學(xué) 方法在原有的樹脂結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入一定百分比量的其它單體或高分子等，以改變原 有樹脂的結(jié)構(gòu)成為具有新的改進(jìn)物性和加工性的改性產(chǎn)品。例如， ABS 即為在聚苯乙烯分子 中導(dǎo)入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三單體后成為改性共聚物，可看作稱改性聚苯乙烯，具有比 聚苯乙烯優(yōu)異綜合性能，工藝特性。由于熱塑 性塑料品種多、性能復(fù)雜，即使同一類的塑料 也有僅供注塑用和擠出用之分，故本章節(jié)主要介紹各種注塑用的熱塑性塑料。 收縮率 熱塑性塑料成型收縮的形式及計算如前所述，影響熱塑性塑料成型收縮的因素如下： 塑料品種熱塑性塑料成型過程中由于還存在結(jié)晶化形起的體積變化，內(nèi)應(yīng)力強(qiáng)， 凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大，分子取向性強(qiáng)等因素，因此與熱固性塑料相比則收縮率較大， 收縮率范圍寬、方向性明顯，另外成型后的收縮、退火或調(diào)濕處理后的收縮率一般也都比熱 固性塑料大。 塑件特性成型時熔融料與型腔表面接 觸外層立即冷卻形成低密度的固態(tài)外殼。由 于塑料的導(dǎo)熱性差，使塑件內(nèi)層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態(tài)層。所以壁厚、冷卻 慢、高密度層厚的則收縮大。另外，有無嵌件及嵌件布局、數(shù)量都直接影響料流方向，密 度分布及收縮阻力大小等，所以塑件的特性對收縮大小、方向性影響較大。 進(jìn)料口形式、尺寸、分布這些因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補(bǔ)縮作 用及成型時間。直接進(jìn)料口、進(jìn)料口截面大（尤其截面較厚的）則收縮小但方向性大，進(jìn) 料口寬及長度短的則方向性小。距進(jìn)料口近的或與料流方向平行的則收縮大。 成型 條件模具溫度高，熔融料冷卻慢、密度高、收縮大，尤其對結(jié)晶料則因結(jié)晶 度高，體積變化大，故收縮更大。模溫分布與塑件內(nèi)外冷卻及密度均勻性也有關(guān)，直接影 響到各部分收縮量大小及方向性。另外，保持壓力及時間對收縮也影響較大，壓力大、時 間長的則收縮小但方向性大。注塑壓力高，熔融料粘度差小，層間剪切應(yīng)力小，脫模后彈性 回跳大，故收縮也可適量的減小，料溫高、收縮大，但方向性小。因此在成型時調(diào)整模溫、 壓力、注塑速度及冷卻時間等諸因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。 模具設(shè)計時根據(jù)各種塑料的收縮范圍，塑件壁厚、形狀，進(jìn)料 口形式尺寸及分布 情況，按經(jīng)驗確定塑件各部位的收縮率，再來計算型腔尺寸。對高精度塑件及難以掌握收 縮率時，一般宜用如下方法設(shè)計模具： ① 對塑件外徑取較小收縮率，內(nèi)徑取較大收縮率，以留有試模后修正的余地。 ② 試模確定澆注系統(tǒng)形式、尺寸及成型條件。 ③ 要后處理的塑件經(jīng)后處理確定尺寸變化情況（測量時必須在脫模后 24 小時以后）。 ④